Физики получили самые убедительные на сегодня данные о существовании глюбола, необычной частицы, почти целиком состоящей из глюонов. На протяжении примерно 50 лет глюбол оставался одним из предсказаний квантовой хромодинамики , которое никак не удавалось надёжно подтвердить экспериментом. Теперь накопленные данные о частице X(2370) совпали сразу с несколькими признаками, ожидаемыми от легчайшего псевдоскалярного глюбола. Последний недостающий аргумент появился после изучения новых каналов распада X(2370) на детекторе BESIII.
Причина многолетних поисков связана с необычным устройством сильного взаимодействия. Протоны и нейтроны внутри атомных ядер состоят из кварков, а удерживают кварки вместе глюоны. Глюоны переносят сильное взаимодействие примерно так же, как фотоны переносят электромагнитное, но между двумя типами частиц есть принципиальная разница. Фотоны электрически нейтральны и непосредственно почти не взаимодействуют друг с другом. Глюоны несут цветовой заряд , поэтому способны взаимодействовать не только с кварками, но и между собой.
Квантовая хромодинамика, или КХД, описывает сильное взаимодействие и допускает интересное следствие: несколько глюонов могут связаться друг с другом без кварков и образовать отдельную частицу. Физики называют такое связанное состояние глюболом. Теория предсказывает целое семейство глюболов с разными массами и квантовыми числами, однако найти хотя бы один оказалось чрезвычайно трудно. Глюбол живёт слишком недолго для непосредственного наблюдения и распадается на другие частицы, а продукты распада легко спутать с распадами обычных адронов.
Глюоны важны и для массы окружающего вещества. Механизм Хиггса даёт массу фундаментальным частицам, включая кварки, однако массы кварков объясняют лишь небольшую долю массы протона или нейтрона. Основную часть даёт энергия движения кварков и сильного взаимодействия между ними. Энергия добавляет системе массу согласно соотношению E=mc². Поэтому поиск глюбола проверяет важное свойство КХД: способны ли переносчики сильного взаимодействия сформировать самостоятельное связанное состояние без обычной кварковой основы.
Особенно удобным источником глюонов оказался J/ψ-мезон. Частицу открыли в 1974 году. J/ψ состоит из очарованного кварка и очарованного антикварка, а при распаде может создавать богатую глюонами среду. Поэтому физики давно используют радиационные распады J/ψ, при которых одновременно испускается фотон, для поиска частиц с большой долей глюонной компоненты. Именно на изучение подобных процессов рассчитан эксперимент BESIII на Пекинском электрон-позитронном коллайдере BEPCII.
История X(2370) началась в 2011 году, когда BESIII обнаружил новую частицу в радиационных распадах J/ψ. Название связано с массой, находящейся около 2,37 ГэВ/c². Частица сразу заинтересовала физиков: расчёты решёточной КХД помещали легчайший псевдоскалярный глюбол примерно в ту же область масс. Совпадения по одному параметру было недостаточно. Обычный мезон или более сложная комбинация кварков тоже могла иметь близкую массу, поэтому требовалось измерить квантовые числа и подробно разобрать распады X(2370).
Решающий объём данных BESIII накопил спустя годы. В распоряжении физиков оказались 10 миллиардов зарегистрированных событий J/ψ. Огромная выборка позволила выделять редкие распады X(2370) и намного точнее измерять свойства частицы. В 2024 году анализ показал, что X(2370) имеет квантовые числа J^PC = 0⁻⁺. Первая цифра означает нулевой полный угловой момент, остальные знаки описывают пространственную и зарядовую чётность. Набор 0⁻⁺ соответствует псевдоскалярной частице и совпадает с предсказанием для легчайшего псевдоскалярного глюбола. Измеренная масса также согласовалась с расчётами решёточной КХД.
Даже после совпадения массы и квантовых чисел оставалась другая проблема. Некоторые обычные мезоны способны иметь те же квантовые характеристики, поэтому физикам требовался способ проверить внутренний состав X(2370). Новая работа сосредоточилась на кварковом аромате, то есть разновидности кварка. К кварковым ароматам относятся, например, верхний, нижний, странный и очарованный кварки. Обычный мезон состоит из кварка и антикварка, поэтому его свойства связаны с определённой комбинацией ароматов. У глюбола основной компонентой служат глюоны, и выраженного предпочтения одного кваркового аромата теория не ожидает.
Для проверки исследователи изучили несколько ранее не исследованных распадов X(2370). Особое внимание уделили возможному распаду X(2370) → K*(892)⁰K̅⁰ и зарядово-сопряжённому варианту в цепочке J/ψ → γK⁰ₛK⁰ₛπ⁰. Статистически значимого сигнала физики не обнаружили. Для произведения вероятностей соответствующих распадов получили верхний предел 2,7 × 10⁻⁶ при доверительной вероятности 90%. Подавление канала K*(892)K указывает, что X(2370) относится к синглету по аромату: внутренняя структура частицы не связана преимущественно с одним конкретным кварковым ароматом. По данным BESIII, X(2370) оказался первым известным лёгким адроном-синглетом по аромату с массой выше 1 ГэВ/c².
Новый результат закрыл важный пробел в наборе экспериментальных признаков. Масса X(2370) находится в области, предсказанной для легчайшего псевдоскалярного глюбола. Квантовые числа равны 0⁻⁺. Частица часто рождается в богатых глюонами радиационных распадах J/ψ. Характер распадов напоминает поведение ηc, псевдоскалярного состояния очарованного кварка и антикварка. Дополнительными аргументами служат синглетность по аромату, малая парциальная ширина некоторых распадов и подавленные радиационные распады с образованием ω- и φ-мезонов. Авторы новой работы заключили, что весь набор свойств естественно объясняется преобладанием легчайшего псевдоскалярного глюбола в составе X(2370), тогда как альтернативные интерпретации пока не объясняют одновременно все измеренные характеристики.
Формулировка о преобладании глюбола важна для точности. Полученные данные не означают, что X(2370) на 100% состоит из глюонов и вообще не содержит кварковой составляющей. В квантовой хромодинамике состояния с одинаковыми квантовыми числами могут смешиваться. Реальная частица способна сочетать глюонные и кварковые компоненты, поэтому исследователи описывают X(2370) как состояние с доминирующей компонентой легчайшего псевдоскалярного глюбола. Именно такую интерпретацию поддерживает совокупность измерений BESIII.
Поиски заняли около 15 лет только после обнаружения X(2370), а сам глюбол физики пытаются экспериментально найти примерно полвека. Препринт с новыми результатами BESIII опубликовали 22 июля 2026 года, после чего анализ представили на Международной конференции по физике высоких энергий ICHEP 2026. Работа объединяет результаты многолетних измерений массы, квантовых чисел, частоты рождения и различных каналов распада X(2370).
Следующий важный этап требует независимой проверки. Другому эксперименту предстоит получить X(2370) и подтвердить те же свойства, прежде всего квантовые числа, характер распадов и синглетность по кварковому аромату. Пока BESIII располагает особенно большой выборкой распадов J/ψ, поэтому повторить весь анализ на другой установке непросто. Независимое подтверждение позволит окончательно выяснить, действительно ли физики после десятилетий поисков обнаружили первое состояние материи, в котором главную роль играют связанные между собой глюоны.